JP6930240B2 - Impact test evaluation method and impact tester - Google Patents

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Description

この発明は、試験片に急速に衝撃を与えたときの試験力を力検出器で検出する衝撃試験の評価方法および衝撃試験機に関する。 The present invention relates to an impact test evaluation method and an impact tester for detecting a test force when a test piece is rapidly impacted with a force detector.

材料の動的強度を評価するための衝撃試験には、規定された速度の引張衝撃によって試験片が破断するときのエネルギーを測定する引張衝撃試験（ＪＩＳＫ７１６０「プラスチック−引張衝撃強さの試験方法」）や、試験片表面に垂直にストライカを衝突させて衝撃力−変位線図を得るパンクチャー衝撃試験（ＪＩＳＫ７２１１−２「プラスチック−硬質プラスチックのパンクチャー衝撃試験方法」）などがある。衝撃試験機で引張衝撃試験を実行するときには、上下つかみ具で試験片の両端を把持し、上つかみ具を油圧シリンダで高速駆動して試験片を引張り、試験片破断時の衝撃力をロードセルで検出する（特許文献１参照）。また、衝撃試験機でパンクチャー衝撃試験などの打ち抜き試験を実行するときには、油圧シリンダによりポンチを高速で試験片に衝突させて破壊し、そのときの衝突試験力を検出器により検出する（特許文献２参照）。 The impact test for evaluating the dynamic strength of a material is a tensile impact test (JISK7160 "Plastic-Tensile Impact Strength Test Method") that measures the energy when a test piece breaks due to a tensile impact at a specified speed. ), And a puncture impact test (JISK7211-2 "Plastic-hard plastic puncture impact test method") in which a striker is made to collide perpendicularly with the surface of the test piece to obtain an impact force-displacement diagram. When performing a tensile impact test with an impact tester, grip both ends of the test piece with the upper and lower grippers, drive the upper gripper at high speed with a hydraulic cylinder to pull the test piece, and use the load cell to apply the impact force when the test piece breaks. Detect (see Patent Document 1). Further, when performing a punching test such as a puncture impact test with an impact tester, the punch is collided with a test piece at high speed by a hydraulic cylinder to break it, and the collision test force at that time is detected by a detector (Patent Document). 2).

特開２００４−３３３２２１JP-A-2004-333221 特開２００４−３３３１４３JP-A-2004-333143

上述したように、油圧シリンダで上つかみ具やポンチなどの試験治具を高速移動させて試験片に衝撃を与える試験では、試験片が破断したときに発生する振動やポンチが試験片に衝突したときに発生する振動が、試験機全体に及ぶことがある。また、衝撃試験では、衝撃試験機の固有振動によるノイズが試験力波形に加わることが散見される。 As described above, in a test in which a test jig such as an upper gripper or a punch is moved at high speed by a hydraulic cylinder to give an impact to the test piece, vibration or punch generated when the test piece breaks collides with the test piece. Occasional vibrations can spread throughout the testing machine. Further, in the impact test, noise due to the natural vibration of the impact tester is sometimes added to the test force waveform.

衝撃試験機の固有振動数を知ることは、正確な試験力値を知るために重要である。このような衝撃試験機の固有振動数を得る方法としては、例えば、力検出器に試験治具を接続し、試験治具をハンマーなどで打撃することによって生じさせた振動波形データを取得し、その波形の周波数スペクトル解析を行うことが考えられる。しかしながら、このような方法を採用する場合には、ハンマーなどの打撃物を用意し、試験機を動作させて行う通常の試験データの収集とは別に、振動波形データ収集のための、加速度センサー、オシロスコープ、データロガーなどを衝撃試験機に追加する必要がある。また、このような機器を追加するに際しては、正確な振動波形データを得るために、ユーザに、各機器の正しい接続と操作が求められ、準備が煩雑で時間がかかるという問題が生じる。 Knowing the natural frequency of the impact tester is important for knowing the exact test force value. As a method of obtaining the natural frequency of such an impact tester, for example, a test jig is connected to a force detector, and vibration waveform data generated by hitting the test jig with a hammer or the like is acquired. It is conceivable to perform frequency spectrum analysis of the waveform. However, when such a method is adopted, an accelerometer for collecting vibration waveform data, in addition to the usual test data collection performed by preparing a striking object such as a hammer and operating the testing machine, It is necessary to add an oscilloscope, data logger, etc. to the impact tester. Further, when adding such a device, in order to obtain accurate vibration waveform data, the user is required to correctly connect and operate each device, which causes a problem that preparation is complicated and time-consuming.

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、試験機の固有振動数測定のための特別な機器を追加することなく、簡易かつ正確に、試験機の固有振動数を得て、固有振動に由来する振動の影響を低減することが可能な衝撃試験の評価方法および衝撃試験機を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and can easily and accurately obtain the natural frequency of the testing machine without adding a special device for measuring the natural frequency of the testing machine. It is an object of the present invention to provide an impact test evaluation method and an impact tester capable of reducing the influence of vibration derived from natural vibration.

請求項１に記載の発明は、試験片に急速に衝撃を与える衝撃試験の評価方法であって、衝撃試験の実行により力検出器が検出した時系列データから、試験機の固有振動数を求めるためのデータ区間を抽出するデータ抽出工程と、前記データ抽出工程において抽出したデータに対して周波数スペクトル解析を実行する解析工程と、前記解析工程において得られた周波数スペクトルから定めた固有振動数とサンプリング周波数を用いて、前記時系列データから試験機の固有振動を除去する振動波形除去工程と、を含む。 The invention according to claim 1 is an evaluation method of an impact test in which a test piece is rapidly impacted, and the natural frequency of the testing machine is obtained from the time series data detected by the force detector by executing the impact test. A data extraction step for extracting a data section for the data, an analysis step for executing frequency spectrum analysis on the data extracted in the data extraction step, and a natural frequency and sampling determined from the frequency spectrum obtained in the analysis step. It includes a vibration waveform removing step of removing the natural vibration of the testing machine from the time series data using frequency.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の衝撃試験の評価方法において、前記振動波形除去工程は、前記サンプリング周波数を前記周波数スペクトルから定めた固有振動数で除することにより定めたデータ点数での移動平均処理を前記力検出器が検出した時系列データに対して実行する。 The invention according to claim 2 is data determined by dividing the sampling frequency by a natural frequency determined from the frequency spectrum in the vibration waveform removing step in the impact test evaluation method according to claim 1. The moving average processing with points is executed for the time series data detected by the force detector.

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の衝撃試験の評価方法において、前記振動波形除去工程は、前記周波数スペクトルの最も大きいピークとなる周波数を固有振動数とし、前記サンプリング周波数を前記固有振動数で除することにより定めたデータ点数での移動平均処理を前記力検出器が検出した時系列データに対して実行する。 The invention according to claim 3 is the method for evaluating an impact test according to claim 1, wherein in the vibration waveform removing step, the frequency that becomes the largest peak of the frequency spectrum is set as the natural frequency, and the sampling frequency is set as the sampling frequency. The moving averaging process at the data points determined by dividing by the natural frequency is executed on the time-series data detected by the force detector.

請求項４に記載の発明は、試験片に急速に衝撃を与える衝撃試験機であって、前記試験片に試験力を与える負荷機構と、前記試験片に与えられた試験力を検出する力検出器と、前記力検出器が検出した時系列データを記憶する記憶部を備えた制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記記憶部に記憶された時系列データから、試験機の固有振動数を求めるためのデータ区間を抽出するデータ抽出部と、前記抽出部において抽出したデータに対して、周波数スペクトル解析を実行する解析部と、前記解析部において得られた周波数スペクトルから定めた固有振動数とサンプリング周波数を用いて、前記時系列データから試験機の固有振動を除去する振動波形除去部と、を備える。 The invention according to claim 4 is an impact tester that rapidly impacts a test piece, a load mechanism that applies a test force to the test piece, and a force detection that detects a test force applied to the test piece. The control device includes a device and a control device provided with a storage unit that stores the time-series data detected by the force detector, and the control device comprises the natural vibration of the testing machine from the time-series data stored in the storage unit. A data extraction unit that extracts a data section for obtaining a number, an analysis unit that executes frequency spectrum analysis on the data extracted by the extraction unit, and a natural vibration determined from the frequency spectrum obtained by the analysis unit. It is provided with a vibration waveform removing unit that removes the natural vibration of the testing machine from the time series data by using the number and the sampling frequency.

請求項１から請求項４に記載の発明によれば、衝撃試験を実行したときに力検出器が検出する試験力データから、試験機の固有振動数を知ることが可能となる。このように、この発明においては、試験機の固有振動数測定のための特別な機器を追加する必要がないため、追加機器を接続する煩雑な作業を行わなくてよく、試験機が追加機器により高額化することがない。 According to the inventions of claims 1 to 4, it is possible to know the natural frequency of the testing machine from the test force data detected by the force detector when the impact test is executed. As described above, in the present invention, since it is not necessary to add a special device for measuring the natural frequency of the testing machine, it is not necessary to perform a complicated work of connecting the additional device, and the testing machine is operated by the additional device. It will not be expensive.

また、請求項１から請求項４に記載の発明によれば、衝撃試験の実行により試験機が検出した時系列データから、試験機の固有振動を除去できることから、試験力波形に加わっている衝撃試験機の固有振動によるノイズが取り除かれた正確な試験力値を知ることが可能となる。 Further, according to the inventions of claims 1 to 4, since the natural vibration of the testing machine can be removed from the time series data detected by the testing machine by executing the impact test, the impact applied to the test force waveform. It is possible to know the accurate test force value from which the noise caused by the natural vibration of the testing machine has been removed.

この発明に係る衝撃試験機の概要図である。It is a schematic diagram of the impact tester which concerns on this invention. この発明に係る衝撃試験機の主要な制御系を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the main control system of the impact tester which concerns on this invention. 固有振動の測定手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the measurement procedure of a natural vibration. 試験力の時系列データの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the time series data of a test force. 図４のグラフにおける試験片ＴＰの破断前後の波形を拡大して示すグラフである。It is a graph which shows the waveform before and after the fracture of the test piece TP in the graph of FIG. 4 in an enlarged manner. 固有振動数の解析手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the analysis procedure of a natural frequency. 試験力の時系列データの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the time series data of a test force. 試験片ＴＰが破断した後の時系列データを示すグラフである。It is a graph which shows the time series data after the test piece TP was broken. 図８に示す時系列データの周波数スペクトル解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency spectrum analysis result of the time series data shown in FIG. 時系列データから固有振動数を除去する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of removing a natural frequency from a time series data. 試験片ＴＰの破断前の時系列データを示すグラフである。It is a graph which shows the time series data before breaking of a test piece TP. 図１１の時系列データから固有振動数を除去したデータを示すグラフである。It is a graph which shows the data which removed the natural frequency from the time series data of FIG.

この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る衝撃試験機の概要図である。図２は、この発明に係る衝撃試験機の主要な制御系を説明するブロック図である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of an impact tester according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram illustrating a main control system of the impact tester according to the present invention.

この衝撃試験機は、試験片ＴＰに急速に衝撃を与える衝撃試験を実行するものであり、試験機本体１０と、制御装置４０を備える。試験機本体１０は、テーブル１１と、テーブル１１に立設された一対の支柱１２と、一対の支柱１２に架け渡されたクロスヨーク１３と、クロスヨーク１３に固定された油圧シリンダ３１を備える。 This impact tester executes an impact test in which a test piece TP is rapidly impacted, and includes a tester main body 10 and a control device 40. The testing machine main body 10 includes a table 11, a pair of columns 12 erected on the table 11, a cross yoke 13 spanned by the pair of columns 12, and a hydraulic cylinder 31 fixed to the cross yoke 13.

油圧シリンダ３１は、サーボバルブ３４を介してテーブル内に配置された油圧源（図示せず）から供給される作動油によって動作する。油圧シリンダ３１のピストンロッド３２には、助走治具２５およびジョイント２６を介して上つかみ具２１が接続されている。一方で、テーブル１１には、力検出器であるロードセル２７を介して、下つかみ具２２が接続されている。このように、この試験機本体１０の構成は、助走治具２５により引張方向に助走区間を設け、ピストンロッド３２を０．１〜２０ｍ／秒の高速で引き上げることにより、試験片ＴＰの両端部を把持する一対のつかみ具を急激に離間させる引張衝撃試験を実行するための構成となっている。引張衝撃試験を実行したときの負荷機構の変位（ストローク）、すなわち、ピストンロッド３２の移動量は、ストロークセンサ３３により検出され、その時の試験力はロードセル２７により検出される。 The hydraulic cylinder 31 is operated by hydraulic oil supplied from a hydraulic source (not shown) arranged in the table via a servo valve 34. The upper gripper 21 is connected to the piston rod 32 of the hydraulic cylinder 31 via the approach jig 25 and the joint 26. On the other hand, the lower gripper 22 is connected to the table 11 via a load cell 27 which is a force detector. As described above, in the configuration of the testing machine main body 10, the approaching section is provided in the tensile direction by the approaching jig 25, and the piston rod 32 is pulled up at a high speed of 0.1 to 20 m / sec, thereby both ends of the test piece TP. It is configured to perform a tensile impact test in which a pair of gripping tools that grip a device are rapidly separated from each other. The displacement (stroke) of the load mechanism when the tensile impact test is executed, that is, the amount of movement of the piston rod 32 is detected by the stroke sensor 33, and the test force at that time is detected by the load cell 27.

制御装置４０は、試験機本体１０の動作を制御するための本体制御装置４１と、パーソナルコンピュータ４２とから構成される。本体制御装置４１は、プログラムを格納するメモリ４３と、各種演算を実行するＭＰＵ（ｍｉｃｒｏ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）などの演算装置４５と、パーソナルコンピュータ４２との通信を行う通信部４６とを備える。メモリ４３、演算装置４５および通信部４６は、相互にバス６１により接続されている。また、本体制御装置４１は、機能的構成として試験制御部４４を備える。試験制御部４４は、試験制御プログラムとしてメモリ４３に格納されている。引張衝撃試験を実行するときには、試験制御プログラムを実行することにより、サーボバルブ３４に制御信号が供給され、油圧シリンダ３１が動作する。ストロークセンサ３３の出力信号と、ロードセル２７の出力信号とは所定時間間隔で本体制御装置４１に取り込まれる。 The control device 40 includes a main body control device 41 for controlling the operation of the testing machine main body 10 and a personal computer 42. The main body control device 41 includes a memory 43 for storing a program, an arithmetic unit 45 such as an MPU (micro processing unit) for executing various operations, and a communication unit 46 for communicating with the personal computer 42. The memory 43, the arithmetic unit 45, and the communication unit 46 are connected to each other by a bus 61. Further, the main body control device 41 includes a test control unit 44 as a functional configuration. The test control unit 44 is stored in the memory 43 as a test control program. When the tensile impact test is executed, the control signal is supplied to the servo valve 34 and the hydraulic cylinder 31 operates by executing the test control program. The output signal of the stroke sensor 33 and the output signal of the load cell 27 are taken into the main body control device 41 at predetermined time intervals.

パーソナルコンピュータ４２は、データ解析プログラムを記憶するＲＯＭ、プロクラム実行時にプログラムをロードして一時的にデータを記憶するＲＡＭなどから成るメモリ５１、各種演算を実行するＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）などの演算装置５５、本体制御装置４１などの外部接続機器との通信を行う通信部５６、データを記憶する記憶装置５７、表示装置５８および入力装置５９を備える。なお、記憶装置５７は、衝撃試験の試験力の時系列データなどを記憶する記憶部であり、ＨＤＤ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｄｒｉｖｅ）などの大容量記憶装置から構成される。メモリ５１、演算装置５５、通信部５６、記憶装置５７、表示装置５８および入力装置５９は相互にバス７１により接続されている。 The personal computer 42 is a computing device such as a ROM for storing a data analysis program, a memory 51 including a RAM for loading a program and temporarily storing data when a program is executed, and a CPU (central processing unit) for executing various operations. It includes 55, a communication unit 56 that communicates with an externally connected device such as a main body control device 41, a storage device 57 that stores data, a display device 58, and an input device 59. The storage device 57 is a storage unit that stores time-series data of the test force of the impact test, and is composed of a large-capacity storage device such as an HDD (hard disk drive). The memory 51, the arithmetic unit 55, the communication unit 56, the storage device 57, the display device 58, and the input device 59 are connected to each other by a bus 71.

また、パーソナルコンピュータ４２は、機能的構成として、後述する固有振動の解析において、試験力の時系列データから試験機の固有振動数を求めるためのデータ区間を抽出するデータ抽出部５２と、抽出されたデータ区間に対して周波数スペクトル解析を実行する解析部５３と、試験機の固有振動波形を試験力データから除去する振動波形除去部５４を備える。データ抽出部５２、解析部５３、振動波形除去部５４は、それぞれデータ抽出プログラム、解析プログラム、振動波形除去プログラムとしてメモリ５１に格納されている。これらのプログラムは、演算装置５５の作用により実行される。 Further, as a functional configuration, the personal computer 42 is extracted by a data extraction unit 52 that extracts a data section for obtaining the natural frequency of the testing machine from the time series data of the test force in the analysis of the natural vibration described later. It includes an analysis unit 53 that executes frequency spectrum analysis on the data section, and a vibration waveform removal unit 54 that removes the natural vibration waveform of the testing machine from the test force data. The data extraction unit 52, the analysis unit 53, and the vibration waveform removal unit 54 are stored in the memory 51 as a data extraction program, an analysis program, and a vibration waveform removal program, respectively. These programs are executed by the action of the arithmetic unit 55.

引張衝撃試験を実行したときにロードセル２７が検出した試験力は、本体制御装置４１のメモリ４３に入力された後、通信部４６からパーソナルコンピュータ４２に送信される。パーソナルコンピュータ４２の通信部５６が受信した試験力は、時系列データとして記憶装置５７に記憶される。 The test force detected by the load cell 27 when the tensile impact test is executed is input to the memory 43 of the main body control device 41, and then transmitted from the communication unit 46 to the personal computer 42. The test force received by the communication unit 56 of the personal computer 42 is stored in the storage device 57 as time-series data.

図３は、固有振動の測定手順を示すフローチャートである。このフローチャートでは、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）などの合成樹脂片を試験片ＴＰとした引張衝撃試験での固有振動の測定手順を示している。 FIG. 3 is a flowchart showing a measurement procedure of natural vibration. This flowchart shows the procedure for measuring the natural vibration in a tensile impact test using a synthetic resin piece such as PP (polypropylene), PC (polycarbonate), PS (polystyrene) as a test piece TP.

試験機本体１０に引張衝撃試験用の治具である上つかみ具２１と下つかみ具２２が取り付けられ、下つかみ具がロードセル２７に緩みなく固定されていることが確認されている状態で、まず、試験条件を設定する（ステップＳ１１）。ユーザは、パーソナルコンピュータ４２の入力装置５９を用いて試験速度などの試験条件を設定する。そして、試験片ＴＰの両端部を上つかみ具２１と下つかみ具２２に把持させる（ステップＳ１２）。 First, the upper gripping tool 21 and the lower gripping tool 22, which are jigs for the tensile impact test, are attached to the testing machine main body 10, and it is confirmed that the lower gripping tool is firmly fixed to the load cell 27. , Set the test conditions (step S11). The user sets test conditions such as test speed using the input device 59 of the personal computer 42. Then, both ends of the test piece TP are gripped by the upper gripping tool 21 and the lower gripping tool 22 (step S12).

次に、データ収集条件を設定する（ステップＳ１３）。ユーザは、パーソナルコンピュータ４２の入力装置５９を用いて、データ収集開始時刻−終了時刻、サンプリング周波数、取得データ点数（サンプリング点数）などのデータ収集条件を設定する。試験中に試験機本体１０に生じた固有振動は、試験片ＴＰを介してロードセル２７にかかっていた負荷が破断により除かれたときに顕著となる振動を観測することにより取得可能である。また、試験負荷を与えない状態で、試験治具（この実施形態では下つかみ具２２）の重さを受けている状態の試験力も知る必要がある。したがって、データ収集開始時刻−終了時刻の設定においては、試験片ＴＰに引張負荷が加えられる前からデータを取得し、かつ、後述するスペクトル解析に供するに十分なデータ点数（例えば、試験片ＴＰが破断した後のデータ点数が１０００点以上となるデータ点数）が得られるように、設定することが好ましい。サンプリング周波数およびサンプリング点数の設定においては、下記式（１）を利用して、周波数分解能が５００Ｈｚ以下となる値を設定することが好ましい。 Next, the data collection conditions are set (step S13). The user sets data collection conditions such as data collection start time-end time, sampling frequency, and number of acquired data points (sampling points) using the input device 59 of the personal computer 42. The natural vibration generated in the test machine main body 10 during the test can be obtained by observing the vibration that becomes remarkable when the load applied to the load cell 27 is removed by the breakage via the test piece TP. It is also necessary to know the test force in a state where the weight of the test jig (lower gripper 22 in this embodiment) is received without applying the test load. Therefore, in setting the data collection start time-end time, the number of data points (for example, the test piece TP) sufficient to acquire the data before the tensile load is applied to the test piece TP and to be used for the spectrum analysis described later is provided. It is preferable to set so that the number of data points after breaking is 1000 or more). In setting the sampling frequency and the number of sampling points, it is preferable to set a value at which the frequency resolution is 500 Hz or less by using the following equation (1).

Δｆ＝１／Ｔ＝Ｆｓ／Ｎ ・・・ （１）
なお、式（１）において、Δｆは周波数分解能、Ｔは時間窓長、Ｆｓはサンプリング周波数、Ｎはサンプリング点数である。 Δf = 1 / T = Fs / N ... (1)
In the equation (1), Δf is the frequency resolution, T is the time window length, Fs is the sampling frequency, and N is the number of sampling points.

データ収集条件の設定が終わると、試験を実行する（ステップＳ１４）。データ収集条件で設定したデータ収集開始時刻から終了時刻までの間にロードセル２７が検出した試験力は、本体制御装置４１を介してパーソナルコンピュータ４２に送られ記憶装置５７に保存され、測定は終了する（ステップＳ１５）。 After setting the data collection conditions, the test is executed (step S14). The test force detected by the load cell 27 between the data collection start time and the end time set in the data collection conditions is sent to the personal computer 42 via the main body control device 41 and stored in the storage device 57, and the measurement ends. (Step S15).

図４は、試験力の時系列データの一例を示すグラフである。図５は、図４のグラフにおける試験片ＴＰの破断前後の波形を拡大して示すグラフである。これらのグラフにおいて、縦軸は試験力（ｋＮ：キロニュートン）であり、横軸は、時間（μｓ：マイクロ秒）である。 FIG. 4 is a graph showing an example of time-series data of test force. FIG. 5 is an enlarged graph showing the waveform before and after the fracture of the test piece TP in the graph of FIG. In these graphs, the vertical axis is the test force (kN: kilonewton) and the horizontal axis is the time (μs: microseconds).

試験実行により得られた試験力の時系列データに対して、後述するスペクトル解析に供するに十分なデータ点数があるか否かについては、式（１）を用いて確認することができる。図４のグラフに示す試験力の時系列データでは、図５に拡大して示すように、破断により１５０００マイクロ秒付近で試験力波形の振幅が大きくなる。破断後のデータの起点は、例えば、図５に示すように、振動波形が１周期半した時刻Ｔ１とすることができる。なお、後述するスペクトル解析に供するに十分なデータ点数が取得できなかった場合には、試験片ＴＰを交換し（ステップＳ１２）、データ収集条件の設定を変更し（ステップＳ１３）、再度試験を実行する（ステップ１４）。 Whether or not the time-series data of the test force obtained by executing the test has a sufficient number of data points for spectrum analysis described later can be confirmed by using the equation (1). In the time-series data of the test force shown in the graph of FIG. 4, as shown enlarged in FIG. 5, the amplitude of the test force waveform becomes large at around 15,000 microseconds due to the breakage. As shown in FIG. 5, the starting point of the data after the breakage can be, for example, the time T1 in which the vibration waveform is one and a half cycles. If a sufficient number of data points cannot be obtained for spectrum analysis described later, the test piece TP is replaced (step S12), the data collection condition setting is changed (step S13), and the test is executed again. (Step 14).

図６は、固有振動数の解析手順を示すフローチャートである。図７は、試験力の時系列データの一例を示すグラフである。図８は、試験片ＴＰが破断した後の時系列データを示すグラフである。図７、図８のグラフにおいて、縦軸は試験力（ｋＮ：キロニュートン）であり、横軸は、時間（μｓ：マイクロ秒）である。 FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for analyzing the natural frequency. FIG. 7 is a graph showing an example of time-series data of test force. FIG. 8 is a graph showing time series data after the test piece TP is broken. In the graphs of FIGS. 7 and 8, the vertical axis represents the test force (kN: kilonewton) and the horizontal axis represents the time (μs: microseconds).

固有振動の解析では、まず、図３に示した測定手順に従って取得した試験力の時系列データを記憶装置５７から読み出し、試験片ＴＰから試験力が除かれる前後で時系列データを分離する（ステップＳ２１）。図７に示すグラフは、試験速度５ｍ／ｓの条件で引張衝撃試験を実行し、サンプリング周波数１０００ｋＨｚで取得した試験力データである。引張衝撃試験においては、時系列データを試験片ＴＰの破断前と破断後に分離する。この試験力の時系列データの分離においては、図５を参照して説明したように、時刻Ｔ１を定め、時刻Ｔ１の前後でデータを分離する。そして、図７に破線で示すように時刻Ｔ１（２４４０マイクロ秒）以降のデータを、試験機の固有振動数を求めるためのデータ区間として抽出する（ステップＳ２２：データ抽出工程）。しかる後、ステップＳ２２において抽出した図８に示す試験片ＴＰが破断した後の時系列データに対して、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）による周波数スペクトル解析を実行する（ステップＳ２３：解析工程）。 In the analysis of natural vibration, first, the time-series data of the test force acquired according to the measurement procedure shown in FIG. 3 is read from the storage device 57, and the time-series data is separated before and after the test force is removed from the test piece TP (step). S21). The graph shown in FIG. 7 is test force data obtained by executing a tensile impact test at a test speed of 5 m / s and acquiring a sampling frequency of 1000 kHz. In the tensile impact test, the time series data is separated before and after the fracture of the test piece TP. In the separation of the time series data of the test force, as described with reference to FIG. 5, the time T1 is set, and the data is separated before and after the time T1. Then, as shown by the broken line in FIG. 7, the data after the time T1 (2440 microseconds) is extracted as a data section for obtaining the natural frequency of the testing machine (step S22: data extraction step). After that, the frequency spectrum analysis by FFT (Fast Fourier Transform: Fast Fourier Transform) is executed on the time series data after the test piece TP shown in FIG. 8 extracted in step S22 is broken (step S23: analysis step). ).

図９は、図８に示す時系列データの周波数スペクトル解析結果を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は周波数（Ｈｚ：ヘルツ）であり、縦軸は周波数分解能Δｆ毎のパワーを示す。 FIG. 9 is a graph showing the frequency spectrum analysis result of the time series data shown in FIG. In this graph, the horizontal axis represents frequency (Hz: Hertz), and the vertical axis represents power for each frequency resolution Δf.

周波数スペクトル解析の結果は、表示装置５８に表示されるとともに、記憶装置５７に記憶される。図９に示すパワースペクトルでは、最もピークが大きい周波数１３．８ｋＨを固有振動数とする（ステップＳ２４）。 The result of the frequency spectrum analysis is displayed on the display device 58 and stored in the storage device 57. In the power spectrum shown in FIG. 9, the frequency with the largest peak is set to 13.8 kHz as the natural frequency (step S24).

図１０は、時系列データから固有振動数を除去する手順を示すフローチャートである。図１１は、試験片ＴＰの破断前の時系列データを示すグラフであり、図１２は、図１１の時系列データから固有振動数を除去したデータを示すグラフである。これらのグラフにおいて、縦軸は試験力（ｋＮ：キロニュートン）であり、横軸は、時間（μｓ：マイクロ秒）である。 FIG. 10 is a flowchart showing a procedure for removing the natural frequency from the time series data. FIG. 11 is a graph showing time-series data before breaking of the test piece TP, and FIG. 12 is a graph showing data obtained by removing the natural frequency from the time-series data of FIG. In these graphs, the vertical axis is the test force (kN: kilonewton) and the horizontal axis is the time (μs: microseconds).

試験機本体１０の固有振動数がわかれば、試験実行により取得した時系列データから、固有振動数を用いて固有振動を除去することにより、引張衝撃試験中の正確な試験力を知ることができる。まず、固有振動波形を除去するデータ範囲を選択し（ステップＳ３１）、移動平均処理を用いて、データに重畳していると考えられる試験機の固有振動を時系列データから除去する（ステップＳ３２：振動波形除去工程）。 If the natural frequency of the testing machine main body 10 is known, the accurate test force during the tensile impact test can be known by removing the natural vibration using the natural frequency from the time series data acquired by executing the test. .. First, a data range for removing the natural vibration waveform is selected (step S31), and the natural vibration of the testing machine considered to be superimposed on the data is removed from the time series data by using the moving average processing (step S32:). Vibration waveform removal process).

この実施形態では、図１１に示すように、固有振動数の解析手順において、図７の時系列データを試験片ＴＰの破断前後で分離したデータのうち、試験片ＴＰに引張負荷がかかっている状態の時間データを含んでいる試験片ＴＰの破断前の時系列データを、固有振動数を除去対象データとして記憶装置５７から呼び出している。なお、一見して、試験機の固有振動がデータ上に重畳していないように見える場合でも、分離前の全時系列データに対して試験機本体１０の固有振動を除去したい場合は、データ分離前の時系列データを選択すればよい。 In this embodiment, as shown in FIG. 11, in the natural frequency analysis procedure, the test piece TP is subjected to a tensile load among the data obtained by separating the time series data of FIG. 7 before and after the breakage of the test piece TP. The time-series data before breaking of the test piece TP including the time data of the state is called from the storage device 57 with the natural frequency as the data to be removed. Even if the natural vibration of the testing machine does not seem to be superimposed on the data at first glance, if you want to remove the natural vibration of the testing machine body 10 from the entire time series data before separation, data separation You can select the previous time series data.

ステップＳ３２では、先に説明したステップＳ２４で決まった固有振動数と、データ取得時のサンプリング周波数とを使用した下記式（２）により、移動平均処理に使用するデータ点数を定める。 In step S32, the number of data points used for the moving average processing is determined by the following equation (2) using the natural frequency determined in step S24 described above and the sampling frequency at the time of data acquisition.

データ点数＝サンプリング周波数／固有振動数 ・・・ （２） Number of data points = sampling frequency / natural frequency ... (2)

この図１１のデータは、試験速度５ｍ／ｓの条件で引張衝撃試験を実行し、サンプリング周波数１０００ｋＨｚで取得されたものである。したがって、サンプリング周波数１０００ｋＨｚをステップＳ２４で得た固有振動数１３．８ｋＨｚで除することにより得られた７２．４の整数部分がデータ点数となる。なお、この例のように、サンプリング周波数を固有振動数整数で除した値が整数とならない場合は、小数点以下を切り捨てまたは四捨五入するなどして、整数値とする。 The data in FIG. 11 was obtained by performing a tensile impact test under the condition of a test speed of 5 m / s and at a sampling frequency of 1000 kHz. Therefore, the integer portion of 72.4 obtained by dividing the sampling frequency of 1000 kHz by the natural frequency of 13.8 kHz obtained in step S24 is the data score. If the value obtained by dividing the sampling frequency by the natural frequency integer does not become an integer as in this example, the value after the decimal point is rounded off or rounded off to obtain an integer value.

移動平均処理は、平均化させたいデータを中心に前後同数（点数が前後で１違う場合も含む）のデータを用いて平均化する。図１１のデータでは、式（２）を用いた計算で、移動平均処理に使用するデータ点数を７２点と定めたことから、平均化させたいデータ（３６点目）を中心とした前３５点、後ろ３６点として平均化処理を実行する。処理対象として選択した時系列データについて移動平均処理が終了すると、固有振動の除去が終了する（ステップＳ３３）。移動平均処理後のデータは、処理前と処理後のデータを比較可能な態様で、表示装置５８に表示される。 In the moving average processing, the data to be averaged is averaged using the same number of data before and after (including the case where the score is different by 1 before and after). In the data of FIG. 11, since the number of data points used for the moving average processing was set to 72 points in the calculation using the equation (2), the front 35 points centered on the data to be averaged (36th point). , The averaging process is executed with 36 points behind. When the moving average processing for the time-series data selected as the processing target is completed, the removal of the natural vibration is completed (step S33). The data after the moving average processing is displayed on the display device 58 in a manner in which the data before the processing and the data after the processing can be compared.

図１２に示す移動平均処理により固有振動波形を除去したデータと、図１１に示す移動平均処理前のデータを比較すると、図１２のデータの方がより滑らかな挙動を示しており、引張負荷が試験片ＴＰに与えられている状態でも、試験機の固有振動が、ロードセル２７の測定値に影響を及ぼしていることが理解される。図１２に示す例では、図９を参照して説明した周波数スペクトル解析において、最大ピークである１３．８ｋＨｚを固有振動数と定めて移動平均処理を実行したが、いくつかのピークを固有振動数の候補として、それらの候補について、移動平均処理を実行してもよい。 Comparing the data obtained by removing the natural vibration waveform by the moving average processing shown in FIG. 12 and the data before the moving average processing shown in FIG. 11, the data shown in FIG. 12 shows smoother behavior and the tensile load is higher. It is understood that the natural vibration of the testing machine affects the measured value of the load cell 27 even in the state of being applied to the test piece TP. In the example shown in FIG. 12, in the frequency spectrum analysis described with reference to FIG. 9, the maximum peak of 13.8 kHz was set as the natural frequency and the moving average processing was performed, but some peaks were set to the natural frequency. As candidates for, moving average processing may be performed on those candidates.

このように、この発明においては、衝撃試験の評価に試験機の固有振動数を考慮した評価方法を採用していることから、試験機の固有振動によるノイズが取り除かれた波形を得ることにより、正確な試験力値を知ることが可能となる。また、この発明においては、固有振動波形の除去前と除去後のデータを同じ時間軸で見ることができることから、ユーザは、個々の衝撃試験において、試験力データにおける試験機の固有振動の影響を確認することができる。 As described above, in the present invention, since the evaluation method in consideration of the natural frequency of the testing machine is adopted for the evaluation of the impact test, the waveform from which the noise due to the natural vibration of the testing machine is removed can be obtained. It is possible to know the accurate test force value. Further, in the present invention, since the data before and after the removal of the natural vibration waveform can be viewed on the same time axis, the user can see the influence of the natural vibration of the tester on the test force data in each impact test. You can check.

なお、上述した実施形態では、引張衝撃試験について説明したが、ポンチを試験片に衝突させる打ち抜き試験や、３点曲げ試験のように、支点で支持した試験片にポンチを打ち下ろす衝撃試験においても、この発明を適用することができる。 In the above-described embodiment, the tensile impact test has been described, but it is also possible to perform an impact test in which the punch is dropped onto a test piece supported by a fulcrum, such as a punching test in which the punch collides with a test piece and a three-point bending test. , The present invention can be applied.

１０ 試験機本体
１１ テーブル
１２ 支柱
１３ クロスヨーク
２１ 上つかみ具
２２ 下つかみ具
２５ 助走治具
２６ ジョイント
２７ ロードセル
３１ 油圧シリンダ
３２ ピストンロッド
３３ ストロークセンサ
３４ サーボバルブ
４０ 制御装置
４１ 本体制御装置
４２ パーソナルコンピュータ
４３ メモリ
４４ 試験制御部
４５ 演算装置
４６ 通信部
５１ メモリ
５２ データ抽出部
５３ 解析部
５４ 振動波形除去部
５５ 演算装置
５６ 通信部
５７ 記憶装置
５８ 表示装置
５９ 入力装置
ＴＰ 試験片 10 Testing machine body 11 Table 12 Strut 13 Cross yoke 21 Upper gripper 22 Lower gripper 25 Assistance jig 26 Joint 27 Load cell 31 Hydraulic cylinder 32 Piston rod 33 Stroke sensor 34 Servo valve 40 Control device 41 Main body control device 42 Personal computer 43 Memory 44 Test control unit 45 Arithmetic unit 46 Communication unit 51 Memory 52 Data extraction unit 53 Analysis unit 54 Vibration waveform removal unit 55 Arithmetic unit 56 Communication unit 57 Storage device 58 Display device 59 Input device TP test piece

Claims (4)

試験片に急速に衝撃を与える衝撃試験の評価方法であって、
サンプリング周波数を含むデータ収集条件をユーザが設定するデータ収集条件設定工程と、
衝撃試験の実行により力検出器が前記データ収集条件で取得した時系列データから、試験機の固有振動数を求めるためのデータ区間として、前記試験片が破断した後のデータを抽出するデータ抽出工程と、
前記データ抽出工程において抽出したデータに対して周波数スペクトル解析を実行することにより前記固有振動数を求める解析工程と、
前記固有振動数と前記サンプリング周波数とを用いて、前記時系列データから試験機の固有振動を除去する振動波形除去工程と、
を含む衝撃試験の評価方法。 It is an evaluation method of an impact test that gives a rapid impact to a test piece.
The data collection condition setting process in which the user sets the data collection conditions including the sampling frequency, and
Data extraction step to extract data after the test piece breaks as a data section for obtaining the natural frequency of the testing machine from the time series data acquired by the force detector under the data collection conditions by executing the impact test. When,
An analysis step of obtaining the natural frequency by executing frequency spectrum analysis on the data extracted in the data extraction step, and
Using said sampling frequency before and SL-specific frequency, the vibration waveform removal step of removing the natural frequency of the tester from the time-series data,
Impact test evaluation method including. 請求項１に記載の衝撃試験の評価方法において、
前記振動波形除去工程は、前記サンプリング周波数を前記周波数スペクトルから定めた前記固有振動数で除することにより定めたデータ点数での移動平均処理を前記力検出器が検出した時系列データに対して実行する衝撃試験の評価方法。 In the impact test evaluation method according to claim 1,
The vibration waveform removal step, executes a moving average process in the defined data points by dividing the sampling frequency by the natural frequency determined from the frequency spectrum with respect to the time series data detected by the force detector How to evaluate the impact test. 請求項１に記載の衝撃試験の評価方法において、
前記振動波形除去工程は、前記周波数スペクトルの最も大きいピークとなる周波数を前記固有振動数とし、前記サンプリング周波数を前記固有振動数で除することにより定めたデータ点数での移動平均処理を前記力検出器が検出した時系列データに対して実行する衝撃試験の評価方法。 In the impact test evaluation method according to claim 1,
The vibration waveform removal step, the frequency of the largest peak of the frequency spectrum and the natural frequency, said force detecting a moving average process of the sampling frequency data points that defines by dividing the natural frequency An impact test evaluation method performed on the time-series data detected by the instrument. 試験片に急速に衝撃を与える衝撃試験機であって、
前記試験片に試験力を与える負荷機構と、
前記試験片に与えられた試験力を検出する力検出器と、
前記力検出器が検出した時系列データを記憶する記憶部を備えた制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
サンプリング周波数を含むデータ収集条件のユーザによる設定を受け付ける入力装置と、
前記記憶部に記憶された、前記データ収集条件で取得した時系列データから、試験機の固有振動数を求めるためのデータ区間として、前記試験片が破断した後のデータを抽出するデータ抽出部と、
前記抽出部において抽出したデータに対して、周波数スペクトル解析を実行することにより前記固有振動数を求める解析部と、
前記固有振動数と前記サンプリング周波数とを用いて、前記時系列データから試験機の固有振動を除去する振動波形除去部と、
を備える衝撃試験機。 It is an impact tester that rapidly impacts the test piece.
A load mechanism that gives test force to the test piece,
A force detector that detects the test force applied to the test piece, and
A control device provided with a storage unit that stores time-series data detected by the force detector, and
With
The control device is
An input device that accepts user settings for data collection conditions, including sampling frequency,
A data extraction unit that extracts data after the test piece is broken as a data section for obtaining the natural frequency of the testing machine from the time series data stored in the storage unit and acquired under the data collection conditions. ,
An analysis unit that obtains the natural frequency by executing frequency spectrum analysis on the data extracted by the extraction unit.
Before SL using unique frequency and said sampling frequency, the vibration waveform removal unit for removing the natural frequency of the tester from the time-series data,
Impact tester equipped with.
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